试论大型光伏电站电气汇集系统设计 彭毓麒

试论大型光伏电站电气汇集系统设计彭毓麒

发表时间：2018-02-09T17:36:16.610Z 来源：《建筑科技》2017年第20期作者：彭毓麒[导读] 近年来，我国电力系统发展得到快速提升。同时，我国政府也非常重视对光伏电站发展的支持，在大型光伏电站电气汇集系统的设计中，有很多问题是需要我们关注和重视的，本文主要对大型光伏电站电气汇集系统设计进行了简要的分析。

彭毓麒

湖南省工业设备安装有限公司

摘要：近年来，我国电力系统发展得到快速提升。同时，我国政府也非常重视对光伏电站发展的支持，在大型光伏电站电气汇集系统的设计中，有很多问题是需要我们关注和重视的，本文主要对大型光伏电站电气汇集系统设计进行了简要的分析。

关键词：光伏电站；直流汇集系统；设计

1 典型直流汇集系统电气接线

1.1光伏组件串联系统接线

根据光伏组件工作电压、组件开路电压、组件温度影响系数、组件工作条件下的极端温度等因素综合考虑后计算得出的每一光伏子串中串联组件的数量，再根据所选定光伏并网逆变器的MPPT电压最大（小）进行校验，最后确定子串最终串联组件数量，计算公式如下：

式中：Kv/Kv’——组件开路电压/工作电压温度系数；忙光伏组件的串联数（N取整数）；t/t’——组件工作条件下极限低温/高温，°C；Vdcmgx——逆变器允许的最大直流输入电压，V；Vmpptmax/Vmpptmin——逆变器MPPT电压最大/最小值，V；Voc/Vpm——组件的开路电压/工作电压，V；组件串联系统接线是将所确定的需要串联的组件数量通过组件上自带的正、负极引线（长度约1.1 m）按照正、受的极性进行有序连接。

1.2光伏子串与汇流箱的连接

串联后的光伏子串电流为单个光伏组件的工作电流，电流较小，为了方便电流的集中传输、减少传输过程中的电能损耗，光伏子串需要在就地进行汇流。

根据IEC相关要求，光伏组件的接线盒均按照4mm2的连接线截面进行设计，因此串接后的光伏子串通过单独敷设的4mm2光伏专用电缆引至光伏阵列直流防雷汇流箱。通常选用PVl一F4mm2双绝缘防紫外线阻燃电缆，光伏子串正、负极各弓I一根电缆。

1.3汇流箱与直流配电柜之间的连接

汇流箱与直流配电柜间的连接采用单芯或双芯直流电缆均可，但在电缆选型时需要特别注意电缆的压降问题，即需要按载流量进行电缆截面的选择，然后再通过压降对截面进行校验。由于各汇流箱距离直流配电柜（第二级汇流）的距离差别较大，为了控制各汇流箱送至直流配电柜内直流母线上的电压偏差，直流电缆截面选择可按如下公式进行选择：式中：Ica——计算电流，A；Scac——电缆计算截面，mm2；ρ——电阻系数，Ω·mm2/m；L——电缆长度，m；△Up——回路允许的电压降，V。

2 光伏电站直流汇集系统特点

大型光伏电站直流系统接线方式相对比较简单，直流系统规模比较大。因此，除去组件、汇流箱等必不可少的电气设备以外，直流系统连接所用的各型号电缆量非常大，组件、汇流箱等设备与电站装机容量密切相关，其数量不可能做较大优化，但直流电缆的选型和连接方式的更改直接会对电缆长度乃至电缆敷设施工的工作量产生较大的影响。

3 直流防雷汇流箱电气的接线方式

方式一：该接线为最常用的组件串接方式，是根据组件布置形式，利用组件自带的“+”、“一”极引出线将相邻的组件按“+”、“一”的极性依次有序串接，串接组件的数量由前面介绍的公式计算确定；每一子串的“+”、“一”端分别在子串的两侧，每个极性端各经一根4mm2单芯电缆引至汇流箱，同一光伏支架上安装的上下两排组件均按此方式接线。

方式二：另一种比较常用的组件串接方式也是根据组件布置形式，利用组件自带的“+”、“一”极引出线将相邻的组件按“+”、“一”的极性依次有序串接，并将安装在同一光伏支架上的上下两排共同串接组成一个子串，串接组件的数量由前面介绍的公式计算确定；每一子串的“+”、“一”端位于子串的同一侧，每个极性端各经一根4mm2单芯电缆引至汇流箱。

方式一的优点：接线简单、清晰，不易出错；缺点：“+”、“一”极引出线位于子串的两端且距离间隔＞10m，2根电缆无法经同一路径引至汇流箱，增加电缆敷设的工作量。方式二的优点：“+”、“一”极引出线位于子串的同一端，2根电缆可经同一路径引至汇流箱，减少了电缆敷设的工作量；缺点：因采用了上下两排串接的方式，存在早、晚时间段因上下两排组件受前排阴影影响不同导致同一子串中组件可发电时间不同步的问题，导致整个子串在全年的部分时段有效发电时间略有缩短。

方式三，根据组件布置形式，利用组件自带的“+”、“一”极引出线将不相邻的2块组件按“+”、“一”的极性依次有序串接，串接组件的数量由前面介绍的公式计算确定；每一子串的“+”、“一”端位于子串的同一侧，每个极性端各经一根4mm2单芯电缆引至汇流箱。因为组件自带的“+”、“一”极引出线一般长度在1.1 m，而组件的宽度不到lm，按1.1 m长的引出线考虑，间隔一块组件进行串接所需长度约为2×0.992=1.984112，＜2×l，1=2.2 m的有效长度。

方式三既保证了光伏支架上横向同一排组件进行串联形成子串，最大限度的保证发电量；同时又将子串的“+”、“-”极输出端布置在同一侧，使得“+”、“-”极输出的两根电缆可以沿同一路径敷设，不但减少了电缆敷设时工程量，因充分使用了组件自带的“+”、“-”极引出线缆，每个子串还节省了10多m光伏专用电缆，响应电缆损耗下降对提稿整个光伏电站发电效率有正面影响。

4 直流防雷汇流箱的电缆选型

汇流箱的电缆选型应该从光伏发电站自身的气候特点以及子串的电气特性综合考虑，电缆截面的选择应按电缆长期允许的载流量和回路允许的压降两个条件选择，子串的载流量不大（电流约8.27 A），光伏组件连接器要求配套的连接线径为4mm2，因此组件一汇流箱一般选择为4mm2铜芯电缆，压降方面因汇流箱均安装在就地方阵中，连接电缆相对较短。组件至汇流箱问的连接电缆截面按4mm2选择即可。光伏电站的气候因素也会对电缆选型有特殊要求，如：光伏电站一般紫外线强、国内大多光伏电站位于北方较为寒冷的高海拔地区等，这就要求电缆选择应满足抗紫外线、抗老化、抗高温、耐低温、防腐蚀等要求。